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Patent Searching and Data


Title:
FLOATING OR SUBMERSIBLE BODY FOR ACOUSTIC POSITION FINDING, IN PARTICULAR FOR DE-MINING ACTIVITIES
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2021/254874
Kind Code:
A1
Abstract:
The present invention relates to a floating or submersible body (40, 42) for de-mining activities, the floating or submersible body (40, 42) having a housing, wherein the housing has rotational symmetry, wherein the housing has an axis of symmetry, wherein the housing has rotational symmetry about the axis of symmetry, wherein the floating or submersible body (40, 42) has at least one first hydroacoustic transceiver device (70), characterized in that the floating or submersible body (40, 42) has an oscillating mass (50, 52), wherein the oscillating mass (50, 52) can be made to rotate about an axis of rotation, wherein the axis of rotation is arranged perpendicular to the axis of symmetry.

Inventors:
HÜCKING CHRISTIAN (DE)
ENGEL ROBERT (DE)
Application Number:
PCT/EP2021/065632
Publication Date:
December 23, 2021
Filing Date:
June 10, 2021
Export Citation:
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Assignee:
ATLAS ELEKTRONIK GMBH (DE)
THYSSENKRUPP AG (DE)
International Classes:
B63G7/08; B63G8/00
Foreign References:
GB2508399A2014-06-04
CN110304224A2019-10-08
US20030167998A12003-09-11
US5208784A1993-05-04
Attorney, Agent or Firm:
THYSSENKRUPP INTELLECTUAL PROPERTY GMBH (DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Schwimm- oder Tauchkörper (40, 42) für die Minenjagd, wobei der Schwimm- oder Tauchkörper (40, 42) ein Gehäuse aufweist, wobei das Gehäuse eine Rotationssymmetrie aufweist, wobei das Gehäuse eine Symmetrieachse aufweist, wobei das Gehäuse um die Symmetrieachse rotationssymmetrischen ist, wobei der Schwimm- oder Tauchkörper (40, 42) wenigstens eine erste hydroakustische Sende- und Empfangsvorrichtung (70) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwimm- oder Tauchkörper (40, 42) eine Schwungmasse (50, 52) aufweist, wobei die Schwungmasse (50, 52) um eine Rotationsachse drehbar ist.

2. Schwimm- oder Tauchkörper (40, 42) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsachse senkrecht zur Symmetrieachse angeordnet ist.

3. Schwimm- oder Tauchkörper (40, 42) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse der Schwungmasse (50, 52) 1 % bis 50 %, bevorzugt 10 % bis 20 % der Gesamtmasse des Schwimm- oder Tauchkörpers (40, 42) beträgt.

4. Schwimm- oder Tauchkörper (40, 42) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwungmasse (50, 52) einen Drehimpuls von 0,1 bis 100 k 3 , bevorzugt von 0,5 bis 5 , aufweist.

5. Schwimm- oder Tauchkörper (40, 42) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwungmasse (50, 52) mit einem Rotationsantrieb (60) verbunden ist.

6. Schwimm- oder Tauchkörper (40, 42) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwimm- oder Tauchkörper (40, 42) tauchfähig ist.

7. Schwimm- oder Tauchkörper (40, 42) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste hydroakustische Sende- und Empfangsvorrichtung (70) eine Sonarantenne aufweist. 8. Schwimm- oder Tauchkörper (40, 42) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwimm- oder Tauchkörper (40, 42) eine zylindrische Grundform aufweist.

9. Schwimm- oder Tauchkörper (40, 42) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Symmetrieachse senkrecht und die Rotationsachse horizontal angeordnet sind. 10. Schwimm- oder Tauchkörper (40, 42) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwimm- oder Tauchkörper (40, 42) eine Überwasserkommunikationsvorrichtung (80) aufweist, wobei die Überwasserkommunikationsvorrichtung (80) zur Laserkommunikation, zur Kommunikation mit einem Satelliten, zur Funkkommunikation oder zur kabelgebunden Kommunikation ausgebildet ist.

Description:
Schwimm- oder Tauchkörper zur akustischen Ortung, insbesondere für die Minenjagd

Die Erfindung betrifft einen Schwimm- oder Tauchkörper insbesondere für die Minenjagd.

Minen werden beispielsweise durch Taucher oder durch von Tauchern bemannten Fahrzeugen geräumt. Nachteil hierbei ist, dass sich Personen unmittelbar in einem Gefahrengebiet befinden und das Risiko einer Verletzung oder Tötung gegeben ist. Daher werden zunehmend auch Techniken entwickelt, um auf einen Personeneinsatz unmittelbar vor Ort an der Mine zu verzichten.

Minen werden daher heutzutage oft mittels unbemannter Unterwasserfahrzeuge (UUV) identifiziert und geräumt. Um beispielsweise die Position eines solchen unbemannten Unterwasserfahrzeugs zu bestimmen oder um mit dem unbemannten Unterwasserfahrzeug zu kommunizieren wird heute üblicherweise ein separater Schwimm- oder Tauchkörper insbesondere von einem Überwasserfahrzeug oder auch von einem Hubschrauber aus an einem Kabel ins Wasser gelassen. Dieser Schwimm oder Tauchkörper weist eine Vorrichtung zur akustischen Ortung des Unterwasserfahrzeuges auf. Somit kann beispielsweise die Position des unbemannten Unterwasserfahrzeugs mittels Aktivsonar bestimmt werden. Für die Positionsbestimmung beispielsweise eines unbemannten Unterwasserfahrzeugs muss die Ausrichtung des Schwimm- oder Tauchkörpers und somit der Vorrichtung zur akustischen Ortung im Raum bekannt sein. Um Bewegungen solcher Schwimm- oder Tauchkörper zu erfassen und somit die exakte Lage und Orientierung zu bestimmen werden gewöhnlich Magnet- und Lagensensoren eingesetzt, die innerhalb des Gehäuses des Schwimm- oder Tauchkörpers verbaut sind. Durch Umwelteinflüsse kann es jedoch dazu kommen, dass der Schwimm- oder Tauchkörper in Rotation versetzt wird. Durch die resultierenden dynamischen Effekte kann die Genauigkeit der Positionsbestimmung dann vermindert sein. Diese Schwimm- oder Tauchkörper weisen beispielsweise eine zylindrische Grundform auf. Hierdurch kann es dazu kommen, dass der Schwimm- oder Tauchkörper in Rotation versetzt wird. Typischerweise werden für die Bestimmung des Azimutanteils der Orientierung Magnetsensoren eingesetzt. Prinzip bedingte Zeitverzögerungen bei der Messung der Orientierung führen dann bei Rotation des Schwimm- oder Tauchkörpers zu einem Fehler in der relativen Peilung vom Schwimm- oder Tauchkörper zum Unterwasserfahrzeug, der mit zunehmender Winkelrate ansteigt. Dabei führen selbst kleinste Winkelfehler (bei einer Messentfernung, die üblicherweise bei mehreren 100 m liegt, zu einer signifikanten Abweichung zwischen der realen Position des unbemannten Unterwasserfahrzeugs und der ermittelten Position.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Rotation eines Schwimm- oder Tauchkörpers zu verhindern oder wenigstens zu reduzieren.

Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Schwimm- oder Tauchkörper mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den Zeichnungen.

Der erfindungsgemäße Schwimm- oder Tauchkörper für die Minenjagd weist ein Gehäuse auf, wobei das Gehäuse eine Rotationssymmetrie aufweist. Der Schwimm oder Tauchkörper an sich weist üblicherweise keine Rotationssymmetrie auf, da beispielsweise Sensoren, Befestigungsvorrichtungen gegebenenfalls nur ein einziges Mal vorhanden sind und nicht zwingend auf der Symmetrieachse angeordnet sind. Wesentlich ist lediglich, dass das Gehäuse an sich eine Grundform aufweist, welche eine Rotationssymmetrie aufweist. Die Rotationssymmetrie des Gehäuses führt leicht dazu, dass der Schwimm- oder Tauchkörper in Rotation versetzt wird. Beispiele für Grundformen von Gehäusen von Schwimm- oder Tauchkörpern sind stark vereinfacht und beispielhaft Zylinder, beispielsweise auch ein hexagonales Prisma, Tropfenform, Halbkugel mit aufgesetztem Kegel und dergleichen.

Das Gehäuse weist eine Symmetrieachse auf, wobei das Gehäuse um die Symmetrieachse rotationssymmetrischen ist.

Der Schwimm- oder Tauchkörper weist wenigstens eine erste hydroakustische Sende- und Empfangsvorrichtung auf. Eine hydroakustische Sende- und Empfangsvorrichtung im Sinne der Erfindung ist weit auszulegen und umfasst Aktivsonar und Passivsonar. Zusätzlich kann der Schwimm- oder Tauchkörper eine Unterwasserkommunikationsvorrichtung aufweisen, welche eine kabelgebundene Kommunikation ermöglicht, insbesondere mittels eines Glasfaserkabels. Bevorzugt ist die hydroakustische Sende- und Empfangsvorrichtung an der Unterseite des Schwimm oder Tauchkörpers, insbesondere einer Kommunikationsboje, angeordnet. Beispielsweise ist die hydroakustische Sende- und Empfangsvorrichtung halbkugelförmig an der Unterseite des Schwimm- oder Tauchkörper angeordnet.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Schwimm- oder Tauchkörper eine Schwungmasse auf, wobei die Schwungmasse um eine Rotationsachse drehbar ist. Die Rotationsachse ist senkrecht zur Symmetrieachse des Schwimm- oder Tauchkörpers angeordnet.

Eine rotierende Masse hat einen Drehimpuls. Eine Drehung um die Achse des Drehimpulses wird nicht beeinflusst. Eine Drehung um eine andere Achse wird durch den Drehimpuls unterdrückt. Je größer der gespeicherte Drehimpuls ist, desto größer ist der Grad der Unterdrückung. Daher wirkt der Drehimpuls senkrecht zur Symmetrieachse einer Rotation um die Symmetrieachse entgegen. Dies verhindert oder verlangsamt das Rotieren des Schwimm- oder Tauchkörpers um die Achsen senkrecht zum Drehimpuls.

In einer weiteren alternativen der Erfindung Erfindungsgemäß weist der Schwimm- oder Tauchkörper eine Schwungmasse auf, wobei die Schwungmasse um eine Rotationsachse drehbar ist. Die Rotationsachse ist parallel zur Symmetrieachse des Unterwassergerätes angeordnet. Diese Anordnung vermeidet ein Verkippen, sofern sich der Schwimm- oder Tauchkörper an der Wasseroberfläche befindet.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Schwimm- oder Tauchkörper eine erste Schwungmasse und eine zweite Schwungmasse auf. Die erste Schwungmasse ist um eine erste Rotationsachse drehbar, wobei die erste Rotationsachse senkrecht zur Symmetrieachse des Unterwassergerätes angeordnet ist. Die zweite Schwungmasse ist um eine zweite Rotationsachse drehbar, wobei die Rotationsachse parallel zur Symmetrieachse des Unterwassergerätes angeordnet ist.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Schwimm- oder Tauchkörper eine erste Schwungmasse und eine dritte Schwungmasse auf. Die erste Schwungmasse ist um eine erste Rotationsachse drehbar, wobei die erste Rotationsachse senkrecht zur Symmetrieachse des Unterwassergerätes angeordnet ist. Die dritte Schwungmasse ist um eine dritte Rotationsachse drehbar, wobei die Rotationsachse parallel zur Symmetrieachse des Unterwassergerätes und senkrecht zur ersten Rotationsachse angeordnet ist.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung beträgt die Masse der Schwungmasse 1 % bis 50 %, bevorzugt 10 % bis 20 % der Gesamtmasse des Schwimm- oder Tauchkörper.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Schwungmasse einen Drehimpuls von 0, 1 bis 100 , bevorzugt von 0,5 bis auf.

Geht man beispielsweise davon aus, dass die Schwungmasse als Vollzylinder ausgeführt ist, so ergibt sich für den Drehimpuls eines Vollzylinders:

Nimmt man beispielsweise eine scheibenförmige Schwungmasse mit einer Masse von beispielsweise 10 kg, einem Radius von 10 cm und lässt diese mit einer Geschwindigkeit von 600 Umdrehungen pro Minute rotieren, so ergibt sich ein Drehimpuls von:

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Schwungmasse mit einem Rotationsantrieb verbunden. Bevorzugt ist der Rotationsantrieb ein Elektroantrieb.

Alternativ kann die Schwungmasse vor dem Ausbringen des Schwimm- oder Tauchkörpers durch einen externen Antrieb in Rotation versetzt werden, der aber nicht Teil des Schwimm- oder Tauchkörpers ist. Diese Ausführungsform vereinfacht den Schwimm- oder Tauchkörper. Aufgrund der unweigerlich auftretenden Verluste ist jedoch eine vergleichsweise hohe Schwungmasse mit einer vergleichsweise hohen Rotationsgeschwindigkeit zu wählen. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Schwimm- oder Tauchkörper tauchfähig, somit ein Tauchkörper. Besonders bevorzugt wird der Tauchkörper von einem Schiff oder von einem Hubschrauber an einem Kabel ins Wasser gebracht und taucht dort vollständig unter. Für diesen Anwendungsfall ist der Tauchkörper bevorzugt so getrimmt, dass seine Masse größer als sein Gesamtauftrieb ist.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die erste hydroakustische Sende- und Empfangsvorrichtung eine Sonarantenne auf. Bevorzugt dient die Sonarantenne zur Ortung eines unbemannten Unterwasserfahrzeugs zur Minenjagd mittels Aktivsonar.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Schwimm- oder Tauchkörper eine zylindrische Grundform auf. Zylinder mit einem polygonalen Querschnitt werden auch Prismen genannt.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Schwimm- oder Tauchkörper eine Grundform auf, welche kegelförmig ist. Der Kegel kann auch ein abgeschnittener Kegel sein. Insbesondere weist der Schwimm- oder Tauchkörper an der Grundfläche des Kegels eine Halbkugelform auf.

In einerweiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Symmetrieachse senkrecht und die Rotationsachse horizontal angeordnet. Horizontal ist parallel zur Wasseroberfläche, senkrecht ist senkrecht zur Wasseroberfläche.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Schwimm- oder Tauchkörper eine Überwasserkommunikationsvorrichtung auf, wobei die

Überwasserkommunikationsvorrichtung zur Laserkommunikation, zur Kommunikation mit einem Satelliten, zur Funkkommunikation oder zur kabelgebunden Kommunikation ausgebildet ist.

Ebenso ist der erfindungsgemäße Gedanke auch auf eine Aussetzvorrichtung anwendbar, welche von einem Hubschrauber abgeseilt wird, um ein unbemanntes Unterwasserfahrzeug (UUV) zur Minenjagd abzusetzen. Hier ergibt sich eine analoge Situation zum Tauchkörper. Die Absetzvorrichtung ist schwerer als Luft und wird an einem Seil vom Hubschrauber herabgelassen. Im Gegensatz zum Tauchkörper ist das umgebende Fluid hier Luft statt Wasser. Durch die durch den Hauptrotor erzeugte Luftbewegung ist der Effekt hier sogar noch stärker. Gleichzeitig ist die auftretende Reibung in Luft sehr viel geringer, sodass auch eine längliche Aussetzvorrichtung, welche nicht rotationssymmetrisch ist, sehr leicht in Rotation versetzt wird. Eine entsprechende Aussetzvorrichtung weist daher eine Schwungmasse auf, wobei die Schwungmasse um eine Rotationsachse drehbar ist, wobei die Rotationsachse senkrecht zur Absetzrichtung und somit parallel zur Wasseroberfläche (bei idealisierter Ruhelage) angeordnet ist. Weitere Fortbildungen, insbesondere auf Schwungmasse, deren Drehimpuls sowie die Verwendung einer zweiten Schwungmasse sind auch hier vorteilhafte Fortbildungen.

Nachfolgend ist der erfindungsgemäße Schwimm- oder Tauchkörper anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 Minenjagd

Fig. 2 Schematischer Querschnitt durch eines Tauchkörpers Fig. 3 Schematischer Querschnitt durch eines Schwimmkörpers

In Fig. 1 ist das Verfahren der Minenjagd stark vereinfacht schematisch dargestellt. Ein Schiff 10 setzt ein unbemanntes Unterwasserfahrzeug 30 aus, welches eine Mine 20 anfährt. Zur Ortung des unbemannten Unterwasserfahrzugs 30 und auch zur Kommunikation zwischen dem Schiff 10 und dem unbemannten Unterwasserfahrzeug 30 hat das Schiff 10 einen Tauchkörper 40 ins Wasser gelassen. Dieser Tauchkörper 40 ist in Fig. 2 im schematischen Querschnitt gezeigt. Am unteren Ende des Tauchkörpers 40 befindet sich eine hydroakustische Sende- und Empfangsvorrichtung 70. In dem Tauchkörper 40 ist eine Schwungmasse 50 angeordnet, welche durch eine Rotationsantrieb 60 in Rotation versetzt wird. Der Tauchkörper 40 weist beispielsweise eine zylindrische Grundform mit einem runden Querschnitt auf, sodass die Rotationssymmetrie des Gehäuses der Kommunikationsboje 40 im gezeigten Beispiel senkrecht verläuft. Die Rotation der Schwungmasse 50 erfolgt um eine Rotationsachse, welche horizontal in der Zeichenebene angeordnet ist. Somit ist die Rotationsachse senkrecht zur Symmetrieachse angeordnet. In Fig. 3 ist ein Schwimmkörper 42 gezeigt. Das Gehäuse des Schwimmkörpers 42 weist am unteren Ende eine halbkugelförmige Form auf, in welcher die hydroakustische Sende- und Empfangsvorrichtung 70 angeordnet ist. Darüber weist das Gehäuse einen kugelförmigen Abschnitt auf, in welchem eine erste Schwungmasse 50 und eine zweite Schwungmasse 52 angeordnet sind, wobei die erste Schwungmasse 50 eine Rotationsachse aufweist, welche horizontal in der Zeichenebene angeordnet ist, wobei die zweite Schwungmasse 20 eine Rotationsachse aufweist, welche senkrecht auf der Zeichenebene steht. Beide Rotationsachsen stehen somit senkrecht zur Symmetrieachse des Gehäuses des Schwimmkörpers 42. Am oberen Ende des Schwimmkörpers 42 ist eine Überwasserkommunikationsvorrichtung 80 angeordnet, welche beispielsweise zur Laserkommunikation mit einem Schiff 10 ausgebildet ist.

Bezugszeichen 10 Schiff 20 Mine

30 unbemanntes Unterwasserfahrzeug 40 Tauchkörper 42 Schwimmkörper 50 Schwungmasse 52 Schwungmasse

60 Rotationsantrieb

70 Hydroakustische Sende- und Empfangsvorrichtung 80 Überwasserkommunikationsvorrichtung